JP2023508344A - 収束エアロゾル発生器 - Google Patents

Abstract

エアロゾル発生装置（２００）用のエアロゾル発生器（１００）が提供され、エアロゾル発生器（１００）は、表面音響波アトマイザ（１０２）および供給要素（１０４）を備える。表面音響波アトマイザ（１０２）は、霧化領域（１１６）を画定する活性表面（１１０）を備える基体（１０６）と、基体（１０６）の活性表面（１１０）上に音響波面を画定するための表面音響波を発生させるために基体（１０６）の活性表面（１１０）上に位置付けられた少なくとも１つの変換器（１０８）と、備える。供給要素（１０４）は、霧化領域（１１６）内の液体エアロゾル形成基体が、活性表面（１１０）、液体エアロゾル形成基体、および雰囲気の間の界面を画定するように、霧化領域（１１６）に液体エアロゾル形成基体を供給するように配置されている。少なくとも１つの変換器（１０８）および供給要素（１０４）が、界面における音響波面の形状が、界面の少なくとも一部の形状に対応するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本開示は、エアロゾル発生装置用のエアロゾル発生器に関し、エアロゾル発生器は、表面音響波アトマイザ、および成形された音響波面を発生させるように構成された供給要素を備える。本開示はまた、エアロゾル発生装置用のエアロゾル発生器に関し、エアロゾル発生器は、異なる駆動信号によって駆動される第１および第２の変換器を備える。

エアロゾル形成基体が燃焼されるのではなく加熱されるエアロゾル発生システムは、当技術分野で公知である。典型的には、そのようなエアロゾル発生システムでは、エアロゾルは、エアロゾル発生装置のエアロゾル発生器からエアロゾル形成基体へのエネルギーの伝達によって発生する。例えば、公知のエアロゾル発生装置は、液体エアロゾル形成基体を加熱および気化するように配置されたヒータを備える。

電気加熱によって液体エアロゾル形成基体を気化させる代替例は、表面音響波を使用する霧化である。しかしながら、表面音響波を発生させるために使用される圧電材料における不均一性は、表面音響波からの液体エアロゾル形成基体へのエネルギーの効率的な伝達を低減または防止し得る。

表面音響波を使用して液体エアロゾル形成基体の効率的な霧化を容易にするエアロゾル発生装置用のエアロゾル発生器を提供することが望ましい。

本開示の第１の態様によると、エアロゾル発生装置用のエアロゾル発生器が提供され、エアロゾル発生器は、表面音響波アトマイザおよび供給要素を備える。表面音響波アトマイザは、霧化領域を画定する活性表面を備える基体と、基体の活性表面上に音響波面を画定するための表面音響波を発生させるために基体の活性表面上に位置付けられた少なくとも１つの変換器と、備える。供給要素は、霧化領域内の液体エアロゾル形成基体が、活性表面、液体エアロゾル形成基体、および雰囲気の間の界面を画定するように、霧化領域に液体エアロゾル形成基体を供給するように配置されている。少なくとも１つの変換器および供給要素が、界面における音響波面の形状が、界面の少なくとも一部の形状に対応するように構成されている。

「表面音響波」という用語は、本明細書では、レイリー波、ラム波、およびラブ波を含むように使用される。

有利には、本開示の第１の態様によるエアロゾル発生器は、液体エアロゾル形成基体、表面音響波アトマイザ基体の活性表面、および雰囲気の間の界面のうちの少なくとも一部の形状に対応する形状を有する音響波面を提供する。有利には、音響波面の形状を、界面のうちの少なくとも一部の形状と合致させることは、表面音響波から液体エアロゾル形成基体へのエネルギーの伝達を改善または増加させ得る。

好ましくは、少なくとも１つの変換器は、交互配置された電極のアレイを含む櫛形変換器を含む。

変換器の連続して交互配置された電極間の間隔は、基体の活性表面を横切る方向で変化し得る。本発明者らは、基体の活性表面を横切る表面音響波速度における異方性が、変換器の形状とは異なる形状を有する音響波面を結果的にもたらし得ることを認識した。有利には、変換器の連続して交互配置された電極間の間隔を、基体の活性表面を横切る方向で変化させることは、所望の形状を有する音響波面を生成し得る。

交互配置された電極のアレイは、第１の方向に延在する第１の対称線、および第２の方向に延在する第２の対称線を含む、対称形状を有し得る。第１の方向は、第２の方向に直交し得る。

交互配置された電極の各々は、楕円形状を有し得る。好ましくは、交互配置された電極は、基体の活性表面上に同心に配置される。好ましくは、霧化領域は、同心の交互配置された電極のアレイの中心に位置付けられる。

好ましくは、櫛形変換器が、同心の交互配置された電極の長軸に沿って延在する第１の方向、および同心の交互配置された電極の短軸に沿って延在する第２の方向を画定し、連続して交互配置された電極間の間隔が、第２の方向よりも第１の方向で大きい。有利には、第１の方向における連続して交互配置された電極間のより大きい間隔は、櫛形変換器による実質的に円形の音響波面の発生を容易にし得る。

基体は、結晶性材料を含んでもよい。好ましくは、基体の活性表面は、結晶性材料の格子平面によって画定される。好ましくは、第１の方向および第２の方向の各々は、格子平面の格子ベクトルと整列される。有利には、櫛形変換器の第１および第２の方向を、格子平面の格子ベクトルと整列させることは、櫛形変換器による実質的に円形の音響波面の発生をさらに容易にし得る。

好ましくは、供給要素は、基体の活性表面に開口部を備える。好ましくは、開口部は、霧化領域内に位置付けられる。好ましくは、開口部は、実質的に円形形状を有する。

少なくとも１つの変換器は、第１の櫛形変換器および第２の櫛形変換器を含み得る。好ましくは、第１の櫛形変換器は、交互配置された電極の第１のアレイを含む。好ましくは、第２の櫛形変換器は、交互配置された電極の第２のアレイを含む。好ましくは、交互配置された電極の第１のアレイの連続電極間の間隔は、交互配置された電極の第２のアレイの連続電極間の間隔とは異なる。

使用中、第１の櫛形変換器は、第１の音響波を発生させ得、第２の櫛形変換器は、第２の音響波を発生させ得、第１および第２の音響波は、合成された音響波面を画定する。本発明者らは、基体の活性表面を横切る表面音響波速度における異方性が、基体の活性表面上に配置された変換器の形状とは異なる形状を有する音響波面を結果的にもたらし得ることを認識した。有利には、第１の電極間隔を有する第１の櫛形変換器、および第１の電極間隔とは異なる第２の電極間隔を有する第２の櫛形変換器を提供することは、所望の形状を有する合成された音響波面を生成し得る。

好ましくは、第１の櫛形変換器は、霧化領域に向かって活性表面に沿って第１の方向に表面音響波を発生させるように構成されている。好ましくは、第２の櫛形変換器は、霧化領域に向かって活性表面に沿って第２の方向に表面音響波を発生させるように構成されている。好ましくは、第１の方向は、第２の方向とは異なる。

第１の櫛形変換器および第２の櫛形変換器は、各々、平面表面音響波を発生させるように構成され得る。

好ましくは、第１の方向は、第２の方向に直交する。

基体は、結晶性材料を含んでもよい。好ましくは、基体の活性表面は、結晶性材料の格子平面によって画定される。好ましくは、第１の方向および第２の方向の各々は、格子平面の格子ベクトルと整列される。有利には、第１および第２の櫛形変換器によって画定される第１および第２の方向を、格子平面の格子ベクトルと整列させることは、所望の形状を有する合成された音響波面の発生を容易にし得る。所望の形状は、対称形状であってもよい。

好ましくは、供給要素は、基体の活性表面に開口部を備える。好ましくは、開口部は、霧化領域内に位置付けられる。開口部は、実質的に長方形形状を有してもよい。開口部は、実質的に正方形形状を有してもよい。

好ましくは、少なくとも１つの変換器は、交互配置された電極のアレイを含む櫛形変換器を含む。

交互配置された電極の各々は、円形形状を有し得る。好ましくは、交互配置された電極は、基体の活性表面上に同心に配置される。好ましくは、霧化領域は、同心の交互配置された電極のアレイの中心に位置付けられる。好ましくは、供給要素は、基体の活性表面に開口部を備える。好ましくは、開口部は、霧化領域内に位置付けられる。好ましくは、開口部は、楕円形状を有する。

本発明者らは、基体の活性表面を横切る表面音響波速度における異方性が、変換器の形状とは異なる形状を有する音響波面を結果的にもたらし得ることを認識した。特に、同心に配置された円形の交互配置された電極のアレイを含む櫛形変換器について、音響波面は、非円形形状を有し得る。例えば、音響波面は、楕円形状を有し得る。有利には、開口部の楕円形状は、櫛形変換器によって発生した音響波面の形状に実質的に対応し得る。

好ましくは、楕円形開口部が、開口部の長軸に沿って延在する第１の方向と、開口部の短軸に沿って延在する第２の方向と、を画定する。

基体は、結晶性材料を含んでもよい。好ましくは、基体の活性表面は、結晶性材料の格子平面によって画定される。好ましくは、第１の方向および第２の方向の各々は、格子平面の格子ベクトルと整列される。有利には、楕円形開口部の第１および第２の方向を、格子平面の格子ベクトルと整列させることは、櫛形変換器によって発生した音響波面の形状に対する楕円形開口部の形状の合致を容易にし得る。

エアロゾル発生器は、コントローラを備え得る。好ましくは、コントローラは、少なくとも１つの変換器に駆動信号を提供して、基体の活性表面上に表面音響波を発生させるように構成される。

供給要素は、入口と出口との間に基体を通って延在するチャネルを備え得る。好ましくは、入口は、基体の不活性表面上に位置付けられる。好ましくは、出口は、基体の活性表面上に位置付けられる。好ましくは、出口は、霧化領域内に位置付けられる。供給要素が基体の活性面に開口部を備える実施形態では、好ましくは、出口は、開口部である。

供給要素は、霧化領域への液体エアロゾル形成基体の流れを制御するように配置された流れ制御要素を含み得る。供給要素がチャネルを備える実施形態では、好ましくは、流れ制御要素は、チャネル内への液体エアロゾル形成基体の流れを制御するように配置される。

流れ制御要素は、少なくとも１つの不活性要素を含み得る。少なくとも１つの不活性要素は、毛細管および毛細管芯のうちの少なくとも１つを含み得る。

流れ制御要素は、少なくとも１つの活性要素を含み得る。少なくとも１つの活性要素は、マイクロポンプ、シリンジポンプ、ピストンポンプ、および電気浸透ポンプのうちの少なくとも１つを含み得る。

エアロゾル発生器がコントローラを備える実施形態では、好ましくは、コントローラは、流れ制御要素に流れ信号を提供して、霧化領域への液体エアロゾル形成基体の流れを可能にするように構成される。好ましくは、コントローラは、制御要素に停止信号を提供して、液体エアロゾル形成基体の流れを無効化するように構成される。好ましくは、コントローラは、コントローラが流れ信号を流れ制御要素に提供するときのみ、少なくとも変換器上に駆動信号を提供するように構成される。

表面音響波アトマイザは、少なくとも１つの反射器を備え得る。好ましくは、少なくとも１つの反射器は、基体の活性表面上に位置付けられる。好ましくは、少なくとも１つの反射器は、少なくとも１つの変換器によって発生した表面音響波を反射するように配置される。好ましくは、少なくとも１つの反射器は、少なくとも１つの変換器によって発生した表面音響波を霧化領域に向かって反射するように配置される。有利には、霧化領域に向かって表面音響波を反射するように配置された反射器は、表面音響波アトマイザの効率を増大または最大化し得る。

少なくとも１つの反射器は、１つ以上の電極を備え得る。

少なくとも１つの反射器は、基体の活性表面上に位置付けられた金属の１つ以上の部分を備え得る。金属の各部分は、直線形状を有してもよい。金属の各部分は、曲線形状を有してもよい。少なくとも１つの反射器は、金属の複数の部分を備え得る。金属の複数の部分は、基体の活性表面上にパターンで配置され得る。好ましくは、金属の各部分は、少なくとも１つの反射器を形成する金属の隣接する部分に実質的に平行である。

基体の一部分は、少なくとも１つの反射器の少なくとも一部を形成し得る。基体は、少なくとも１つの突出部を画定し得、少なくとも１つの突出部は、少なくとも１つの反射器の少なくとも一部を形成する。基体は、少なくとも１つの凹部を画定し得、少なくとも１つの凹部は、少なくとも１つの反射器の少なくとも一部を形成する。

表面音響波アトマイザは、少なくとも１つの吸収器を備え得る。好ましくは、少なくとも１つの吸収器は、基体の活性表面上に位置付けられる。好ましくは、少なくとも１つの吸収器は、少なくとも１つの変換器によって発生した表面音響波を吸収するように配置される。

少なくとも１つの吸収器は、低密度、低音速、および高粘度のうちの少なくとも１つを有する材料を含み得る。少なくとも１つの吸収器は、ポリジメチルシロキサンを含み得る。

基体の一部分は、少なくとも１つの吸収器の少なくとも一部を形成し得る。基体は、少なくとも１つの突出部を画定し得、少なくとも１つの突出部は、少なくとも１つの吸収器の少なくとも一部を形成する。基体は、少なくとも１つの凹部を画定し得、少なくとも１つの凹部は、少なくとも１つの吸収器の少なくとも一部を形成する。

基体は、基体材料から形成される。基体は、圧電材料であってもよい。基体材料は、単結晶材料を含んでもよい。基体材料は、多結晶材料を含んでもよい。基体材料は、石英、セラミック、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、およびニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のうちの少なくとも１つを含み得る。セラミックは、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を含んでもよい。セラミックは、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｎｄ、またはＮｂイオンなどのドーピング材料を含んでもよい。基体材料は、偏光されてもよい。基体材料は、偏光されなくてもよい。基体材料は、偏光および非偏光材料の両方を含み得る。

基体は、表面処理を含んでもよい。表面処理は、基体の活性表面に適用されてもよい。基体は、コーティングを含んでもよい。コーティングは、疎水性材料を含んでもよい。コーティングは、親水性材料を含んでもよい。コーティングは、疎油性材料を含んでもよい。コーティングは、親油性材料を含んでもよい。

本開示の第２の態様によると、エアロゾル発生装置用のエアロゾル発生器が提供され、エアロゾル発生器は、表面音響波アトマイザおよび供給要素を備える。表面音響波アトマイザは、霧化領域を画定する活性表面を備える基体と、基体の活性表面上に音響波面を画定するための表面音響波を発生させるために基体の活性表面上に位置付けられた少なくとも１つの変換器と、備える。供給要素は、霧化領域内の液体エアロゾル形成基体が、活性表面、液体エアロゾル形成基体、および雰囲気の間の界面を画定するように、霧化領域に液体エアロゾル形成基体を供給するように配置されている。少なくとも１つの変換器が、交互配置された電極のアレイを含む櫛形変換器を備え、連続して交互配置された電極間の間隔が、活性表面を横切る方向で変化する。

本開示の第２の態様によるエアロゾル発生器は、本開示の第１の態様に関連して説明された任意選択のまたは好ましい特徴のうちのいずれかを備え得る。

本開示の第３の態様によると、エアロゾル発生装置用のエアロゾル発生器が提供され、エアロゾル発生器は、表面音響波アトマイザおよび供給要素を備える。表面音響波アトマイザは、霧化領域を画定する活性表面を備える基体と、基体の活性表面上に音響波面を画定するための表面音響波を発生させるために基体の活性表面上に位置付けられた少なくとも１つの変換器と、備える。供給要素は、霧化領域内の液体エアロゾル形成基体が、活性表面、液体エアロゾル形成基体、および雰囲気の間の界面を画定するように、霧化領域に液体エアロゾル形成基体を供給するように配置されている。少なくとも１つの変換器は、交互配置された電極の第１のアレイを備える第１の櫛形変換器と、交互配置された電極の第２のアレイを備える第２の櫛形変換器と、を含む。交互配置された電極の第１のアレイの連続電極間の間隔は、交互配置された電極の第２のアレイの連続電極間の間隔とは異なる。

本開示の第３の態様によるエアロゾル発生器は、本開示の第１の態様に関連して説明された任意選択のまたは好ましい特徴のうちのいずれかを備え得る。

本開示の第４の態様によると、エアロゾル発生装置用のエアロゾル発生器が提供され、エアロゾル発生器は、表面音響波アトマイザおよび供給要素を備える。表面音響波アトマイザは、霧化領域を画定する活性表面を備える基体と、基体の活性表面上に音響波面を画定するための表面音響波を発生させるために基体の活性表面上に位置付けられた少なくとも１つの変換器と、備える。供給要素は、霧化領域内の液体エアロゾル形成基体が、活性表面、液体エアロゾル形成基体、および雰囲気の間の界面を画定するように、霧化領域に液体エアロゾル形成基体を供給するように配置されている。少なくとも１つの変換器は、交互配置された電極のアレイを備える櫛形変換器を備え、交互配置された電極の各々は、円形形状を有し、交互配置された電極は、活性表面上に同心に配置される。霧化領域は、同心の交互配置された電極のアレイの中心に位置付けられる。供給要素は、基体の活性表面内に開口部を備え、かつ霧化領域内に位置付けられ、開口部は、楕円形状を有する。

本開示の第４の態様によるエアロゾル発生器は、本開示の第１の態様に関連して説明された任意選択のまたは好ましい特徴のうちのいずれかを備え得る。

本開示の第５の態様によると、エアロゾル発生装置用のエアロゾル発生器が提供され、エアロゾル発生器は、表面音響波アトマイザ、供給要素、およびコントローラを備える。表面音響波アトマイザは、霧化領域を画定する活性表面を備える基体と、第１の変換器と、第２の変換器と、を備える。第１の変換器は、霧化領域に向かって活性表面に沿って第１の方向に表面音響波を発生させるための基体の活性表面上に位置付けられている。第２の変換器は、霧化領域に向かって活性表面に沿って第２の方向に表面音響波を発生させるための基体の活性表面上に位置付けられており、第１の方向が、第２の方向とは異なる。供給要素は、液体エアロゾル形成基体を霧化領域に供給するように配置されている。コントローラは、第１の駆動信号を第１の変換器に、および第２の駆動信号を第２の変換器に提供するように構成されており、第１の駆動信号が、第２の駆動信号とは異なる。

本発明者らは、基体の活性表面にわたる電気機械的結合係数の異方性が、異なる振幅を有する活性表面にわたって異なる方向に移動する表面音響波を結果的にもたらし得ることを認識した。有利には、本開示の第５の態様によるエアロゾル発生器は、第１および第２の変換器を駆動して、基体の活性表面にわたって異なる第１および第２の方向に表面音響波を発生させるように構成されたコントローラを備え、第１および第２の変換器は、異なる駆動信号によって駆動される。有利には、異なる駆動信号は、第１および第２の方向の間の電気機械的結合係数における異方性を補償し得る。有利には、異なる駆動信号を使用して、電気機械的結合係数における異方性を補償することは、実質的に同じ振幅を有する第１および第２の方向の表面音響波を結果的にもたらし得る。有利には、第１の方向および第２の方向で同じ振幅を有する表面音響波は、霧化領域における液体エアロゾル形成基体のエアロゾル化を改善または最適化し得る。

好ましくは、第１の駆動信号の電力は、第２の駆動信号の電力とは異なる。

基体は、第１の方向に第１の電気機械的結合係数、および第２の方向に第２の電気機械的結合係数を有し得、第１の電気機械的結合係数が、第２の電気機械的結合係数よりも大きい。好ましくは、第１の駆動信号の電力は、第２の駆動信号の電力よりも小さい。好ましくは、第２の電気機械的結合係数に対する第１の電気機械的結合係数の比が、第１の駆動信号の電力に対する第２の駆動信号の電力の比と同じである。

第１の方向は、第２の方向に直交し得る。

基体は、結晶性材料を含んでもよい。好ましくは、基体の活性表面は、結晶性材料の格子平面によって画定される。好ましくは、第１の方向および第２の方向の各々は、格子平面の格子ベクトルと整列される。有利には、第１および第２の方向を、格子平面の格子ベクトルと整列させることは、第１の方向における実質的に一定の第１の電気機械的結合係数、および第２の方向における実質的に一定の第２の電気機械的結合係数を提供し得る。

第１の変換器および第２の変換器の各々は、複数の電極を備える櫛形変換器を含み得る。好ましくは、複数の電極は、互いに実質的に平行である。好ましくは、櫛形変換器は、電極の第１のアレイと、電極の第１のアレイと交互配置された電極の第２のアレイと、を備える。好ましくは、電極の第１のアレイは、電極の第２のアレイと実質的に平行である。

第１の変換器および第２の変換器の各々は、実質的に直線状の波面を有する表面音響波を発生させるように構成され得る。変換器が複数の電極を備える櫛形変換器である実施形態では、各電極は、実質的に直線状であってもよい。

第１の変換器および第２の変換器の各々は、曲線状の波面を有する表面音響波を発生させるように構成され得る。変換器が複数の電極を備える櫛形変換器である実施形態では、各電極は、実質的に曲線状であってもよい。変換器は、凸状の波面を有する表面音響波を発生させるように構成され得る。好ましくは、変換器は、凹状の波面を有する表面音響波を発生させるように構成され得る。有利には、凹状の波面は、焦点合わせ効果を提供し得る。言い換えると、凹状の波面は、発生した表面音響波を、変換器よりも小さい霧化領域に向かって焦点合わせし得る。有利には、発生した表面音響波を焦点合わせすることは、エネルギーが霧化領域内の液体エアロゾル形成基体に送達される速度を増加させ得る。

供給要素は、入口と出口との間に基体を通って延在するチャネルを備え得る。好ましくは、入口は、基体の不活性表面上に位置付けられる。好ましくは、出口は、基体の活性表面上に位置付けられる。好ましくは、出口は、霧化領域内に位置付けられる。

供給要素は、霧化領域への液体エアロゾル形成基体の流れを制御するように配置された流れ制御要素を含み得る。供給要素がチャネルを備える実施形態では、好ましくは、流れ制御要素は、チャネル内への液体エアロゾル形成基体の流れを制御するように配置される。

流れ制御要素は、少なくとも１つの不活性要素を含み得る。少なくとも１つの不活性要素は、毛細管および毛細管芯のうちの少なくとも１つを含み得る。

流れ制御要素は、少なくとも１つの活性要素を含み得る。少なくとも１つの活性要素は、マイクロポンプ、シリンジポンプ、ピストンポンプ、および電気浸透ポンプのうちの少なくとも１つを含み得る。

好ましくは、コントローラは、流れ制御要素に流れ信号を提供して、霧化領域への液体エアロゾル形成基体の流れを可能にするように構成される。好ましくは、コントローラは、制御要素に停止信号を提供して、液体エアロゾル形成基体の流れを無効化するように構成される。好ましくは、コントローラは、コントローラが流れ信号を流れ制御要素に提供するときのみ、第１および第２の駆動信号を第１および第２の変換器に提供するように構成される。

表面音響波アトマイザは、少なくとも１つの反射器を備え得る。好ましくは、少なくとも１つの反射器は、基体の活性表面上に位置付けられる。好ましくは、少なくとも１つの反射器は、第１および第２の変換器のうちの少なくとも１つによって発生した表面音響波を反射するように配置される。好ましくは、少なくとも１つの反射器は、第１および第２の変換器のうちの少なくとも１つによって発生した表面音響波を霧化領域に向かって反射するように配置される。有利には、霧化領域に向かって表面音響波を反射するように配置された反射器は、表面音響波アトマイザの効率を増大または最大化し得る。

少なくとも１つの反射器は、１つ以上の電極を備え得る。

少なくとも１つの反射器は、基体の活性表面上に位置付けられた金属の１つ以上の部分を備え得る。金属の各部分は、直線形状を有してもよい。金属の各部分は、曲線形状を有してもよい。少なくとも１つの反射器は、金属の複数の部分を含み得る。金属の複数の部分は、基体の活性表面上にパターンで配置され得る。好ましくは、金属の各部分は、少なくとも１つの反射器を形成する金属の隣接する部分に実質的に平行である。

基体の一部分は、少なくとも１つの反射器の少なくとも一部を形成し得る。基体は、少なくとも１つの突出部を画定し得、少なくとも１つの突出部は、少なくとも１つの反射器の少なくとも一部を形成する。基体は、少なくとも１つの凹部を画定し得、少なくとも１つの凹部は、少なくとも１つの反射器の少なくとも一部を形成する。

表面音響波アトマイザは、少なくとも１つの吸収器を備え得る。好ましくは、少なくとも１つの吸収器は、基体の活性表面上に位置付けられる。好ましくは、少なくとも１つの吸収器は、第１および第２の変換器のうちの少なくとも１つによって発生した表面音響波を吸収するように配置される。

少なくとも１つの吸収器は、低密度、低音速、および高粘度のうちの少なくとも１つを有する材料を含み得る。少なくとも１つの吸収器は、ポリジメチルシロキサンを含み得る。

基体の一部分は、少なくとも１つの吸収器の少なくとも一部を形成し得る。基体は、少なくとも１つの突出部を画定し得、少なくとも１つの突出部は、少なくとも１つの吸収器の少なくとも一部を形成する。基体は、少なくとも１つの凹部を画定し得、少なくとも１つの凹部は、少なくとも１つの吸収器の少なくとも一部を形成する。

基体は、基体材料から形成される。基体は、圧電材料であってもよい。基体材料は、単結晶材料を含んでもよい。基体材料は、多結晶材料を含んでもよい。基体材料は、石英、セラミック、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、およびニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のうちの少なくとも１つを含み得る。セラミックは、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を含んでもよい。セラミックは、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｎｄ、またはＮｂイオンなどのドーピング材料を含んでもよい。基体材料は、偏光されてもよい。基体材料は、偏光されなくてもよい。基体材料は、偏光および非偏光材料の両方を含み得る。

基体は、表面処理を含んでもよい。表面処理は、基体の活性表面に適用されてもよい。基体は、コーティングを含んでもよい。コーティングは、疎水性材料を含んでもよい。コーティングは、親水性材料を含んでもよい。コーティングは、疎油性材料を含んでもよい。コーティングは、親油性材料を含んでもよい。

本開示の第６の態様によると、エアロゾル発生装置用のエアロゾル発生器が提供され、エアロゾル発生器は、表面音響波アトマイザおよび供給要素を備える。表面音響波アトマイザは、霧化領域を画定する活性表面を備える基体と、基体の活性表面上に表面音響波を発生させるために基体の活性表面上に位置付けられた変換器と、備える。変換器の少なくとも一部分の下にある基体の活性表面の一部分が、表面処理を備える。供給要素は、液体エアロゾル形成基体を霧化領域に供給するように配置されている。

本発明者らは、基体の活性表面にわたる電気機械的結合係数の異方性が、異なる振幅を有する活性表面にわたって異なる方向に移動する表面音響波を結果的にもたらし得ることを認識した。有利には、本開示の第６の態様によるエアロゾル発生器の基体の表面処理は、電気機械的結合係数における異方性を少なくとも部分的に補償し得る。言い換えると、基体の表面処理は、基体の活性表面の少なくとも一部分にわたって、実質的に等方性の電気機械的結合係数を模擬するか、または提供し得る。

基体は、基体材料から形成される。基体は、圧電材料であってもよい。基体材料は、単結晶材料を含んでもよい。基体材料は、多結晶材料を含んでもよい。基体材料は、石英、セラミック、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、およびニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のうちの少なくとも１つを含み得る。セラミックは、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を含んでもよい。セラミックは、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｎｄ、またはＮｂイオンなどのドーピング材料を含んでもよい。基体材料は、偏光されてもよい。基体材料は、偏光されなくてもよい。基体材料は、偏光および非偏光材料の両方を含み得る。

好ましくは、表面処理は、プロトン交換処理を含む。基体が、ニオブ酸リチウムを含み得、プロトン交換処理が、表面処理を含む活性表面の部分における水素イオンとのリチウムイオンの置換を含む。

表面音響波アトマイザは、基体の活性表面の少なくとも一部分上にコーティングを含み得る。コーティングは、疎水性材料を含んでもよい。コーティングは、親水性材料を含んでもよい。コーティングは、疎油性材料を含んでもよい。コーティングは、親油性材料を含んでもよい。

エアロゾル発生器は、コントローラを備え得る。好ましくは、コントローラは、変換器に駆動信号を提供して、基体の活性表面上に表面音響波を発生させるように構成される。

変換器は、複数の電極を備える櫛形変換器を含み得る。好ましくは、複数の電極は、互いに実質的に平行である。好ましくは、櫛形変換器は、電極の第１のアレイと、電極の第１のアレイと交互配置された電極の第２のアレイと、を備える。好ましくは、電極の第１のアレイは、電極の第２のアレイと実質的に平行である。

変換器は、実質的に直線状の波面を有する表面音響波を発生させるように構成され得る。変換器が複数の電極を備える櫛形変換器である実施形態では、各電極は、実質的に直線状であってもよい。

変換器は、曲線状の波面を有する表面音響波を発生させるように構成され得る。変換器が複数の電極を備える櫛形変換器である実施形態では、各電極は、実質的に曲線状であってもよい。変換器は、凸状の波面を有する表面音響波を発生させるように構成され得る。好ましくは、変換器は、凹状の波面を有する表面音響波を発生させるように構成され得る。有利には、凹状の波面は、焦点合わせ効果を提供し得る。言い換えると、凹状の波面は、発生した表面音響波を、変換器よりも小さい霧化領域に向かって焦点合わせし得る。有利には、発生した表面音響波を焦点合わせすることは、エネルギーが霧化領域内の液体エアロゾル形成基体に送達される速度を増加させ得る。

供給要素は、入口と出口との間に基体を通って延在するチャネルを備え得る。好ましくは、入口は、基体の不活性表面上に位置付けられる。好ましくは、出口は、基体の活性表面上に位置付けられる。好ましくは、出口は、霧化領域内に位置付けられる。

供給要素は、霧化領域への液体エアロゾル形成基体の流れを制御するように配置された流れ制御要素を含み得る。供給要素がチャネルを備える実施形態では、好ましくは、流れ制御要素は、チャネル内への液体エアロゾル形成基体の流れを制御するように配置される。

流れ制御要素は、少なくとも１つの不活性要素を含み得る。少なくとも１つの不活性要素は、毛細管および毛細管芯のうちの少なくとも１つを含み得る。

流れ制御要素は、少なくとも１つの活性要素を含み得る。少なくとも１つの活性要素は、マイクロポンプ、シリンジポンプ、ピストンポンプ、および電気浸透ポンプのうちの少なくとも１つを含み得る。

エアロゾル発生器がコントローラを備える実施形態では、好ましくは、コントローラは、流れ制御要素に流れ信号を提供して、霧化領域への液体エアロゾル形成基体の流れを可能にするように構成される。好ましくは、コントローラは、制御要素に停止信号を提供して、液体エアロゾル形成基体の流れを無効化するように構成される。好ましくは、コントローラは、コントローラが流れ信号を流れ制御要素に提供するときのみ、変換器上に駆動信号を提供するように構成される。

表面音響波アトマイザは、少なくとも１つの反射器を備え得る。好ましくは、少なくとも１つの反射器は、基体の活性表面上に位置付けられる。好ましくは、少なくとも１つの反射器は、変換器によって発生した表面音響波を反射するように配置される。好ましくは、少なくとも１つの反射器は、変換器によって発生した表面音響波を霧化領域に向かって反射するように配置される。有利には、霧化領域に向かって表面音響波を反射するように配置された反射器は、表面音響波アトマイザの効率を増大または最大化し得る。

少なくとも１つの反射器は、１つ以上の電極を備え得る。

少なくとも１つの反射器は、基体の活性表面上に位置付けられた金属の１つ以上の部分を備え得る。金属の各部分は、直線形状を有してもよい。金属の各部分は、曲線形状を有してもよい。少なくとも１つの反射器は、金属の複数の部分を含み得る。金属の複数の部分は、基体の活性表面上にパターンで配置され得る。好ましくは、金属の各部分は、少なくとも１つの反射器を形成する金属の隣接する部分に実質的に平行である。

基体の一部分は、少なくとも１つの反射器の少なくとも一部を形成し得る。基体は、少なくとも１つの突出部を画定し得、少なくとも１つの突出部は、少なくとも１つの反射器の少なくとも一部を形成する。基体は、少なくとも１つの凹部を画定し得、少なくとも１つの凹部は、少なくとも１つの反射器の少なくとも一部を形成する。

表面音響波アトマイザは、少なくとも１つの吸収器を備え得る。好ましくは、少なくとも１つの吸収器は、基体の活性表面上に位置付けられる。好ましくは、少なくとも１つの吸収器は、変換器によって発生した表面音響波を吸収するように配置される。

少なくとも１つの吸収器は、低密度、低音速、および高粘度のうちの少なくとも１つを有する材料を含み得る。少なくとも１つの吸収器は、ポリジメチルシロキサンを含み得る。

基体の一部分は、少なくとも１つの吸収器の少なくとも一部を形成し得る。基体は、少なくとも１つの突出部を画定し得、少なくとも１つの突出部は、少なくとも１つの吸収器の少なくとも一部を形成する。基体は、少なくとも１つの凹部を画定し得、少なくとも１つの凹部は、少なくとも１つの吸収器の少なくとも一部を形成する。

本開示の第７の態様によると、エアロゾル発生装置が提供される。エアロゾル発生装置は、本明細書に説明される実施形態のうちのいずれかによる、本開示の第１～第６の態様のいずれかによるエアロゾル発生器を備える。エアロゾル発生装置はまた、少なくとも１つの変換器、電源、および液体貯蔵部分を制御するためのコントローラも備える。液体貯蔵部分は、液体エアロゾル形成基体を受容するためのものであり、供給要素が、液体貯蔵部分から霧化領域に液体エアロゾル形成基体を供給するように配置されている。

液体貯蔵部分は、再使用可能であってもよい。言い換えると、液体貯蔵部分は、液体貯蔵部分に液体エアロゾル形成基体を補充するために、ユーザによって再充填可能であってもよい。液体貯蔵部分は、液体エアロゾル形成基体を液体貯蔵部分内に挿入するための再充填開口を備え得る。液体貯蔵部分は、再充填開口と液体貯蔵部分との間に再充填弁を備え得る。有利には、再充填弁は、液体エアロゾル形成基体が、再充填開口を通って液体貯蔵部分内に流れることを可能にし得る。有利には、再充填弁は、液体エアロゾル形成基体が、液体貯蔵部分から再充填開口を通って流出することを防止し得る。

液体貯蔵部分は、交換可能であってもよい。液体貯蔵部分は、エアロゾル発生装置から取り外し可能であってもよい。エアロゾル発生装置は、カートリッジを備え得、カートリッジは、エアロゾル発生装置から取り外し可能であり、カートリッジは、液体貯蔵部分を備える。

エアロゾル発生装置は、液体貯蔵部分内に収容された液体エアロゾル形成基体を備え得る。

液体エアロゾル形成基体は、ニコチンを含んでもよい。ニコチンを含有する液体エアロゾル形成基体は、ニコチン塩マトリクスであってもよい。液体エアロゾル形成基体は、植物由来材料を含んでもよい。液体エアロゾル形成基体は、たばこを含んでもよい。液体エアロゾル形成基体は、均質化したたばこ材料を含んでもよい。液体エアロゾル形成基体は、非たばこ含有材料を含んでもよい。液体エアロゾル形成基体は、均質化した植物由来材料を含んでもよい。

液体エアロゾル形成基体は、少なくとも１つのエアロゾル形成体を含んでもよい。エアロゾル形成体は、使用時に、高密度かつ安定したエアロゾルの形成を容易にする、任意の適切な公知の化合物または化合物の混合物である。適切なエアロゾル形成体は当業界で周知であり、これには多価アルコール（トリエチレングリコール、１，３－ブタンジオール、グリセリンなど）、多価アルコールのエステル（グリセロールモノアセテート、ジアセテート、またはトリアセテートなど）、およびモノカルボン酸、ジカルボン酸、またはポリカルボン酸の脂肪族エステル（ドデカン二酸ジメチル、テトラデカン二酸ジメチルなど）が挙げられるが、これらに限定されない。エアロゾル形成体は、多価アルコールまたはその混合物（トリエチレングリコール、１，３－ブタンジオールおよびグリセリンなど）であってもよい。液体エアロゾル形成基体は、その他の添加物および成分（風味剤など）を含んでもよい。

液体エアロゾル形成基体は、水を含んでもよい。

液体エアロゾル形成基体は、ニコチンおよび少なくとも１つのエアロゾル形成体を含んでもよい。エアロゾル形成体は、グリセリンを含んでもよい。エアロゾル形成体は、プロピレングリコールを含んでもよい。エアロゾル形成体は、グリセリンおよびプロピレングリコールの両方を含んでもよい。液体エアロゾル形成基体は、約０．１パーセント～約１０パーセントのニコチン濃度を有してもよい。

コントローラは、電源および各変換器に接続された電気回路を備え得る。電気回路は、マイクロプロセッサを備え得る。マイクロコントローラは、プログラマブルマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、または特定用途向け集積チップ（ＡＳＩＣ）もしくは制御を提供することができる他の電子回路であってもよい。電気回路は、さらなる電子構成要素を備えてもよい。電気回路は、電源から各変換器への電力の供給を調節するように構成され得る。コントローラは、エアロゾル発生装置の起動後に、各変換器に連続的に電力を供給するように構成され得る。コントローラは、各変換器に断続的に電力を供給するように構成され得る。コントローラは、各変換器にパフ毎に電力を供給するように構成され得る。

好ましくは、コントローラおよび電源は、各変換器に交流電圧を提供するように構成される。好ましくは、交流電圧は、無線周波数交流電圧である。好ましくは、交流電圧は、少なくとも約２０メガヘルツの周波数を有する。好ましくは、交流電圧は、約２０メガヘルツ～約１００メガヘルツ、より好ましくは、約２０メガヘルツ～約８０メガヘルツの周波数を有する。有利には、これらの範囲内の交流電圧は、所望の速度のエアロゾル発生および所望の液滴サイズのうちの少なくとも１つを提供し得る。

電源は、任意の好適なタイプの電源であってもよい。電源は、ＤＣ電源であってもよい。一部の好ましい実施形態では、電源は、リチウムイオン電池などの電池である。電源は、コンデンサーなどの別の形態の電荷蓄積装置であってもよい。電源は再充電を必要とする場合がある。電源は、装置の一回以上の使用のために十分なエネルギーの蓄積を可能にする容量を有してもよい。例えば、電源は従来の紙巻たばこ１本を喫煙するのにかかる典型的な時間に対応する約６分間、または６分の倍数の時間にわたるエアロゾルの連続的な発生を可能にするのに十分な容量を有してもよい。別の実施例において、電源は所定の装置の使用回数、または不連続的な起動を可能にするのに十分な容量を有してもよい。一実施形態では、電源は、約２．５ボルト～約４．５ボルトの範囲のＤＣ供給電圧、および約１アンペア～約１０アンペアの範囲のＤＣ供給電流（約２．５ワット～約４５ワットの範囲のＤＣ電源に対応）を有するＤＣ電源である。

エアロゾル発生装置は、有利には、ＤＣ／ＡＣインバータを備えてもよく、これは、クラスＣ、クラスＤまたはクラスＥの電力増幅器を含み得る。ＤＣ／ＡＣインバータは、電源と少なくとも１つの変換器との間に配置されてもよい。

エアロゾル発生装置は、電源とＤＣ／ＡＣコンバータとの間にＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備えてもよい。

エアロゾル発生装置は、装置ハウジングを備えてもよい。装置ハウジングは、細長くてもよい。装置ハウジングは、任意の適切な材料または材料の組み合わせを含んでもよい。好適な材料の例としては、金属、合金、プラスチック、もしくはこれらの材料のうちの１つ以上を含有する複合材料、または食品もしくは医薬品用途に好適な熱可塑性樹脂、例えばポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、およびポリエチレンが挙げられる。材料は、軽量、かつ脆くないことが好ましい。

装置ハウジングは、空気吸込み口を画定し得る。空気吸込み口は、周囲空気が装置ハウジング内に入ることを可能にするように構成されてもよい。空気吸込み口は、エアロゾル発生器の霧化領域と流体連通し得る。装置は、任意の好適な数の空気吸込み口を含み得る。装置は、複数の空気吸込み口を含んでもよい。

装置は、空気出口を含んでもよい。空気出口は、ユーザへの送達のために、空気が装置ハウジングから出ることを可能にするように構成され得る。空気出口は、エアロゾル発生器の霧化領域と流体連通し得る。エアロゾル発生装置は、マウスピースを備えてもよい。マウスピースは、空気出口を含み得る。装置は、任意の好適な数の空気出口を含み得る。装置は、複数の空気出口を含んでもよい。

例としてのみであるが、以下の添付図面を参照しながら本発明を説明する。
本開示の第１の実施形態によるエアロゾル発生器の上面図を示す。 線１－１に沿って切断された図１のエアロゾル発生器の断面図を示す。 図１のエアロゾル発生器を備えるエアロゾル発生装置の断面図を示す。 本開示の第２の実施形態によるエアロゾル発生器の上面図を示す。 本開示の第３の実施形態によるエアロゾル発生器の上面図を示す。 本開示の第４の実施形態によるエアロゾル発生器の上面図を示す。 本開示の第５の実施形態によるエアロゾル発生器の上面図を示す。

図１および図２は、本開示の第１の実施形態によるエアロゾル発生器１００を示す。エアロゾル発生器１００は、表面音響波アトマイザ１０２と、表面音響波アトマイザ１０２に液体エアロゾル形成基体を供給するための供給要素１０４と、を備える。

表面音響波アトマイザ１０２は、圧電材料のシートを含む基体１０６と、基体１０６の活性表面１１０上に配置された変換器１０８と、を備える。変換器１０８は、交互配置された電極１１２のアレイを含む櫛形変換器である。交互配置された電極１１２の各々が、楕円形状を有し、交互配置された電極１１２が、基体１０６の活性表面１１０上に同心に配置されている。使用中、変換器１０８は、基体１０６の活性表面１１０上に表面音響波を発生させる。交互配置された電極１１２のアレイの同心楕円形状は、基体１０６の活性表面１１０上の霧化領域１１６に向かって焦点合わせされた音響波面を有する表面音響波を発生させる。

供給要素１０４は、基体１０６の不活性表面１２２における入口１２０と基体１０６の活性表面１１０の出口１２４との間に基体１０６を通って延在するチャネル１１８を含む。出口１２４は、霧化領域１１６内に位置付けられる。出口１２４は、実質的に円形形状を有する。供給要素１０４はまた、マイクロポンプを含む流れ制御要素１３０を含む。使用中、液体エアロゾル形成基体は、変換器１０８によって発生した表面音響波によって霧化される霧化領域１１６に、チャネル１１８を通して流れ制御要素１３０によって供給される。

エアロゾル発生器１００はまた、変換器１０８および流れ制御要素１３０を制御するように配置されたコントローラ１３２を備える。図１に示される実施形態では、コントローラ１３２は、表面音響波アトマイザ１０２の基体１０６上に位置付けられるが、当業者は、コントローラ１３２が表面音響波アトマイザ１０２とは別個に提供され得ることを理解するであろう。

コントローラ１３２は、変換器１０８に駆動信号を提供して、基体１０６の活性表面１１０上に表面音響波を発生させるように構成される。コントローラ１３２はまた、流れ信号および停止信号を流れ制御要素１３０に提供して、チャネル１１８を通して、および霧化領域１１６内への液体エアロゾル形成基体の流れを開始および停止するように構成される。コントローラ１３２は、流れ制御要素１３０が液体エアロゾル形成基体を霧化領域１１６に供給しているときのみ、駆動信号を変換器１０８に提供するように構成される。

変換器１０８は、楕円形状の交互配置された電極１１２の長軸に沿って延在する第１の方向１４０を画定する。変換器１０８はまた、楕円形状の交互配置された電極１１２の短軸に沿って延在する第２の方向１４２を画定する。交互配置された電極１１２の楕円形状は、連続して交互配置された電極１１２間の間隔が、第２の方向１４２よりも第１の方向１４０に大きいようなものである。

基体１０６を形成する圧電材料は、結晶性材料を含み、基体１０６の活性表面１１０は、結晶性材料の格子平面によって画定される。変換器１０８は、変換器１０８によって画定される第１の方向および第２の方向の各々が格子平面の格子ベクトルと整列されるように、基体１０６の活性表面１１０上に配置される。交互配置された電極１１２の楕円形状、第１の方向１４０における連続して交互配置された電極１１２間のより大きい間隔、ならびに基体１０６の活性表面１１０を画定する格子平面の格子ベクトルとの第１および第２の方向１４０、１４２の位置合わせの組み合わせは、活性表面１１０にわたる表面音響波の波速度における異方性を補償する。それゆえに、使用中、変換器１０８は、供給要素１０４の霧化領域１１６および実質的に円形の出口１２４上に収束する実質的に円形の音響波面を有する表面音響波を発生させる。

図３は、図１および図２のエアロゾル発生器１００を備えるエアロゾル発生装置２００の断面図を示す。エアロゾル発生装置２００はまた、液体エアロゾル形成基体２０４を収容する液体貯蔵部分２０２を備える。エアロゾル発生器１００の流れ制御要素１３０は、液体エアロゾル形成基体２０４を液体貯蔵部分２０２からエアロゾル発生器１００の入口１２０に供給するように配置される。

エアロゾル発生装置２００はまた、コントローラ１３２、変換器１０８、および流れ制御要素１３０に電力を供給するための再充電可能バッテリを含む電源２０８を備える。

エアロゾル発生装置２００はまた、エアロゾル発生器１００、液体貯蔵部分２０２、および電源２０８が収容される、ハウジング２１２を備える。ハウジング２１２は、空気吸込み口２１４、マウスピース２１６、および空気出口２１８を画定する。使用中、ユーザは、マウスピース２１６を吸って、空気吸込み口２１４から空気出口２１８までハウジング２１２を通って空気を吸い込む。エアロゾル発生器１００によって発生したエアロゾルは、ユーザへの送達のためにハウジング２１２を通る空気流に混入される。

図４は、本開示の第２の実施形態によるエアロゾル発生器３００を示す。エアロゾル発生器３００は、表面音響波アトマイザ３０２と、表面音響波アトマイザ３０２に液体エアロゾル形成基体を供給するための供給要素３０４と、を備える。

表面音響波アトマイザ３０２は、圧電材料のシートを含む基体３０６と、基体３０６の活性表面３１０上に配置された第１の変換器３０８と、基体３０６の活性表面３１０上に配置された第２の変換器３０９と、を備える。

第１の変換器３０８は、交互配置された電極３１２の第１のアレイを含む櫛形変換器である。交互配置された電極３１２の各々は、直線形状を有し、交互配置された電極３１２は、基体３０６の活性表面３１０上で互いに平行に配置される。使用中、第１の変換器３０８は、基体３０６の活性表面３１０上に実質的に平面音響波を発生させ、基体３０６の活性表面３１０上の霧化領域３１６に向けられる。

第２の変換器３０９は、交互配置された電極３１３の第２のアレイを含む櫛形変換器である。交互配置された電極３１３の各々は、直線形状を有し、交互配置された電極３１３は、基体３０６の活性表面３１０上で互いに平行に配置される。使用中、第２の変換器３０９は、基体３０６の活性表面３１０上に実質的に平面音響波を発生させ、基体３０６の活性表面３１０上の霧化領域３１６に向けられる。

供給要素３０４は、図１を参照して説明された供給要素１０４と同様である。供給要素３０４は、基体３０６の不活性表面における入口と基体３０６の活性表面３１０の出口３２４との間に基体３０６を通って延在するチャネル３１８を含む。出口３２４は、霧化領域３１６内に位置付けられる。出口３２４は、実質的に正方形形状を有する。供給要素３０４はまた、マイクロポンプを含む流れ制御要素を含む。使用中、液体エアロゾル形成基体は、第１および第２の変換器３０８、３０９によって発生した表面音響波によって霧化される霧化領域３１６に、チャネル３１８を通して流れ制御要素によって供給される。

エアロゾル発生器３００はまた、第１および第２の変換器３０８、３０９、ならびに流れ制御要素を制御するように配置されたコントローラ３３２を備える。図４に示される実施形態では、コントローラ３３２は、表面音響波アトマイザ３０２の基体３０６上に位置付けられるが、当業者は、コントローラ３３２が表面音響波アトマイザ３０２とは別個に提供され得ることを理解するであろう。

コントローラ３３２は、第１および第２の変換器３０８、３０９に第１および第２の駆動信号を提供して、基体３０６の活性表面３１０上に表面音響波を発生させるように構成される。コントローラ３３２はまた、流れ信号および停止信号を流れ制御要素に提供して、チャネル３１８を通して、および霧化領域３１６内への液体エアロゾル形成基体の流れを開始および停止するように構成される。コントローラ３３２は、流れ制御要素が液体エアロゾル形成基体を霧化領域３１６に供給しているときのみ、第１および第２の駆動信号を第１および第２の変換器３０８、３０９に提供するように構成される。

第１の変換器３０８は、基体３０６の活性表面３１０上に配置されて、第１の方向３４０に表面音響波を発生させる。第２の変換器３０９は、基体３０６の活性表面３１０上に配置されて、第２の方向３４２に表面音響波を発生させる。第１の変換器３０８の連続して交互配置された電極３１２の間の第１の方向３４０の間隔は、第２の変換器３０９の連続して交互配置された電極３１３の間の第２の方向３４２の間隔よりも大きい。

基体３０６を形成する圧電材料は、結晶性材料を含み、基体３０６の活性表面３１０は、結晶性材料の格子平面によって画定される。第１および第２の変換器３０８、３０９は、第１および第２の変換器３０８、３０９によって画定された第１の方向および第２の方向の各々が格子平面の格子ベクトルと整列されるように、基体３０６の活性表面３１０上に配置される。第１の方向３４０における連続して交互配置された電極３１２間のより大きい間隔、ならびに基体３０６の活性表面３１０を画定する格子平面の格子ベクトルとの第１および第２の方向３４０、３４２の位置合わせの組み合わせは、活性表面３１０にわたる表面音響波の波速度における異方性を補償する。したがって、使用中、第１の変換器３０８によって発生した表面音響波は、第２の変換器３０９によって発生した表面音響波と同時に、霧化領域３１６に到達し得る。

図５は、本開示の第３の実施形態によるエアロゾル発生器４００を示す。エアロゾル発生器４００は、表面音響波アトマイザ４０２と、表面音響波アトマイザ４０２に液体エアロゾル形成基体を供給するための供給要素４０４と、を備える。

表面音響波アトマイザ４０２は、圧電材料のシートを含む基体４０６と、基体４０６の活性表面４１０上に配置された変換器４０８と、を備える。変換器４０８は、交互配置された電極４１２のアレイを含む櫛形変換器である。交互配置された電極４１２の各々が、実質的に円形形状を有し、交互配置された電極４１２が、基体４０６の活性表面４１０上に同心に配置されている。使用中、変換器４０８は、基体４０６の活性表面４１０上に表面音響波を発生させる。交互配置された電極４１２のアレイの同心円形形状は、基体４０６の活性表面４１０上の霧化領域４１６に向かって焦点合わせされた音響波面を有する表面音響波を発生させる。

供給要素４０４は、図１を参照して説明された供給要素１０４と同様である。供給要素４０４は、基体４０６の不活性表面における入口と基体４０６の活性表面４１０の出口４２４との間に基体４０６を通って延在するチャネル４１８を含む。出口４２４は、霧化領域４１６内に位置付けられる。出口４２４は、楕円形状を有する。供給要素４０４はまた、マイクロポンプを含む流れ制御要素を含む。使用中、液体エアロゾル形成基体は、変換器４０８によって発生した表面音響波によって霧化される霧化領域４１６に、チャネル４１８を通して流れ制御要素によって供給される。

エアロゾル発生器４００はまた、変換器４０８および流れ制御要素を制御するように配置されたコントローラ４３２を備える。図４に示される実施形態では、コントローラ４３２は、表面音響波アトマイザ４０２の基体４０６上に位置付けられるが、当業者は、コントローラ４３２が表面音響波アトマイザ４０２とは別個に提供され得ることを理解するであろう。

コントローラ４３２は、変換器４０８に駆動信号を提供して、基体４０６の活性表面４１０上に表面音響波を発生させるように構成される。コントローラ４３２はまた、流れ信号および停止信号を流れ制御要素に提供して、チャネル４１８を通して、および霧化領域４１６内への液体エアロゾル形成基体の流れを開始および停止するように構成される。コントローラ４３２は、流れ制御要素が液体エアロゾル形成基体を霧化領域４１６に供給しているときのみ、駆動信号を変換器４０８に提供するように構成される。

楕円形状の出口４２４は、楕円形状の出口４２４の短軸に沿って延在する第１の方向４４０を画定する。楕円形状の出口４２４はまた、楕円形状の出口４２４の長軸に沿って延在する第２の方向４４２を画定する。

基体４０６を形成する圧電材料は、結晶性材料を含み、基体４０６の活性表面４１０は、結晶性材料の格子平面によって画定される。楕円形状の出口４２４は、楕円形状の出口４２４によって画定される第１の方向および第２の方向の各々が格子平面の格子ベクトルと整列されるように、基体４０６の活性表面４１０上に配置される。変換器４０８の交互配置された電極４１２は、各々、実質的に円形形状を有するが、基体の活性表面４１０にわたる表面音響波の波速度の異方性は、楕円形の音響波面を有する変換器４０８によって発生した表面音響波を結果的にもたらす。出口４２４の楕円形状、ならびに基体４０６の活性表面４１０を画定する格子平面の格子ベクトルとの第１および第２の方向４４０、４４２の位置合わせの組み合わせは、活性表面４１０にわたる表面音響波の波速度における異方性を補償する。それゆえに、使用中、変換器４０８は、供給要素４０４の霧化領域４１６および楕円形状の出口４２４上に収束する楕円形の音響波面を有する表面音響波を発生させる。

図６は、本開示の第４の実施形態によるエアロゾル発生器５００を示す。エアロゾル発生器５００は、表面音響波アトマイザ５０２と、表面音響波アトマイザ５０２に液体エアロゾル形成基体を供給するための供給要素５０４と、を備える。

表面音響波アトマイザ５０２は、圧電材料のシートを含む基体５０６と、基体５０６の活性表面５１０上に各々配置された、第１の変換器５０８、第２の変換器５０９、第３の変換器５１１、および第４の変換器５１７と、を備える。

第１の変換器５０８、第２の変換器５０９、第３の変換器５１１、および第４の変換器５１７の各々は、交互配置された電極５１２のアレイを備える櫛形変換器である。交互配置された電極５１２の各々は、直線形状を有し、交互配置された電極５１２は、基体５０６の活性表面５１０上で互いに平行に配置される。使用中、第１の変換器５０８、第２の変換器５０９、第３の変換器５１１、および第４の変換器５１７の各々は、基体５０６の活性表面５１０上に実質的に平面音響波を発生させ、基体５０６の活性表面５１０上の霧化領域５１６に向けられる。

供給要素５０４は、図１を参照して説明された供給要素１０４と同様である。供給要素５０４は、基体５０６の不活性表面における入口と基体５０６の活性表面５１０の出口５２４との間に基体５０６を通って延在するチャネル５１８を含む。出口５２４は、霧化領域５１６内に位置付けられる。出口５２４は、実質的に正方形形状を有する。供給要素５０４はまた、マイクロポンプを含む流れ制御要素を備える。使用中、液体エアロゾル形成基体は、第１および第２の変換器５０８、５０９によって発生した表面音響波によって霧化される霧化領域５１６に、チャネル５１８を通して流れ制御要素によって供給される。

エアロゾル発生器５００はまた、第１、第２、第３、および第４の変換器５０８、５０９、５１１、５１７、ならびに流れ制御要素を制御するように配置されたコントローラ５３２を備える。図６に示される実施形態では、コントローラ５３２は、表面音響波アトマイザ５０２の基体５０６上に位置付けられるが、当業者は、コントローラ５３２が表面音響波アトマイザ５０２とは別個に提供され得ることを理解するであろう。

コントローラ５３２は、変換器５０８に第１の駆動信号５５０を提供して、基体５０６の活性表面５１０上で第１の方向５４０に表面音響波を発生させるように構成される。

コントローラ５３２は、第２の変換器５０９に第２の駆動信号５５２を提供して、基体５０６の活性表面５１０上で第２の方向５４２に表面音響波を発生させるように構成される。

コントローラ５３２は、第３の変換器５１１に第３の駆動信号５５４を提供して、基体５０６の活性表面５１０上で第３の方向５４４に表面音響波を発生させるように構成される。

コントローラ５３２は、第４の変換器５１７に第４の駆動信号５５６を提供して、基体５０６の活性表面５１０上で第４の方向５４６に表面音響波を発生させるように構成される。

コントローラ５３２はまた、流れ信号および停止信号を流れ制御要素に提供して、チャネル５１８を通して、および霧化領域５１６内への液体エアロゾル形成基体の流れを開始および停止するように構成される。コントローラ５３２は、流れ制御要素が液体エアロゾル形成基体を霧化領域５１６に供給しているときのみ、第１、第２、第３、および第４の駆動信号５５０、５５２、５５４、５５６を第１、第２、第３、および第４の変換器５０８、５０９、５１１、５１７に提供するように構成される。

コントローラ５３２は、第１、第２、第３、および第４の駆動信号５５０、５５２、５５４、５５６の各々の電力が互いに異なっているように構成される。

基体５０６を形成する圧電材料は、結晶性材料を含み、基体５０６の活性表面５１０は、結晶性材料の格子平面によって画定される。第１、第２、第３、および第４の変換器５０８、５０９、５１１、５１７は、第１、第２、第３、および第４の方向５４０、５４２、５４４、５４６の各々が格子平面の格子ベクトルと整列されるように、基体５０６の活性表面５１０上に配置される。第１、第２、第３、および第４の駆動信号５５０、５５２、５５４、５５６の異なる電力、ならびに基体５０６の活性表面５１０を画定する格子平面の格子ベクトルとの第１および第２の方向５４０、５４２の位置合わせの組み合わせは、活性表面５１０にわたる電気機械的結合係数における異方性を補償する。それゆえに、使用中、第１、第２、第３、および第４の変換器５０８、５０９、５１１、５１７の各々によって発生した表面音響波は、同じ振幅を有する。

図７は、本開示の第５の実施形態によるエアロゾル発生器６００を示す。エアロゾル発生器６００は、表面音響波アトマイザ６０２および供給要素５０４を備える。

エアロゾル発生器６００の供給要素５０４は、図６を参照して説明された供給要素５０４と同一であり、同様の参照番号は、同様の部品を指定するために使用される。

表面音響波アトマイザ６０２は、図６を参照して説明される表面音響波アトマイザ５０２と同様であり、同様の参照番号は、同様の部品指定するために使用される。表面音響波アトマイザ６０２は、第１、第２、第３、および第４の変換器５０８、５０９、５１１、５１７の下にある基体５０６の活性表面５１０の一部分の表面処理６６０の追加によって、表面音響波アトマイザ５０２とは異なる。表面処理６６０は、プロトン交換処理を含み、表面処理６６０が適用されるエリアで実質的に等方性の電気機械的結合係数を基体５０６の活性表面５１０に提供する。それゆえに、コントローラ６３２は、共通駆動信号６５０を第１、第２、第３、および第４の変換器５０８、５０９、５１１、５１７の各々に提供するように構成される。

Claims (22)

1. エアロゾル発生装置用のエアロゾル発生器であって、前記エアロゾル発生器が、
   表面音響波アトマイザであって、
   霧化領域を画定する活性表面を含む基体と、
   前記基体の前記活性表面上に音響波面を画定するための表面音響波を発生させるための前記基体の前記活性表面上に位置付けられた少なくとも１つの変換器と、を備える、表面音響波アトマイザと、
   前記霧化領域内の液体エアロゾル形成基体が、前記活性表面、前記液体エアロゾル形成基体、および雰囲気の間の界面を画定するように、前記霧化領域に液体エアロゾル形成基体を供給するように配置された供給要素と、を備え、
   前記少なくとも１つの変換器および前記供給要素が、前記界面における前記音響波面の形状が、前記界面の少なくとも一部の形状に対応するように構成されている、エアロゾル発生器。
2. 前記少なくとも１つの変換器が、交互配置された電極のアレイを含む櫛形変換器を備え、連続して交互配置された電極間の間隔が、前記活性表面を横切る方向で変化する、請求項１に記載のエアロゾル発生器。
3. 前記交互配置された電極の各々が、楕円形状を有し、前記交互配置された電極が、前記活性表面上に同心に配置されている、請求項２に記載のエアロゾル発生器。
4. 前記霧化領域が、同心の交互配置された電極の前記アレイの中心に位置付けられている、請求項３に記載のエアロゾル発生器。
5. 櫛形変換器が、前記同心の交互配置された電極の長軸に沿って延在する第１の方向、および前記同心の交互配置された電極の短軸に沿って延在する第２の方向を画定し、前記連続して交互配置された電極間の間隔が、前記第２の方向よりも前記第１の方向で大きい、請求項３または４に記載のエアロゾル発生器。
6. 前記交互配置された電極のアレイが、第１の方向に延在する第１の対称線、および第２の方向に延在する第２の対称線を含む対称形状を有し、前記第１の方向が、前記第２の方向に直交する、請求項２に記載のエアロゾル発生器。
7. 前記少なくとも１つの変換器が、交互配置された電極の第１のアレイを備える第１の櫛形変換器と、交互配置された電極の第２のアレイを備える第２の櫛形変換器と、を備え、前記交互配置された電極の第１のアレイの連続電極間の間隔が、前記交互配置された電極の第２のアレイの連続電極間の間隔とは異なる、請求項１に記載のエアロゾル発生器。
8. 前記第１の櫛形変換器が、前記霧化領域に向かって前記活性表面に沿って第１の方向に表面音響波を発生させるように構成されており、前記第２の櫛形変換器が、前記霧化領域に向かって前記活性表面に沿って第２の方向に表面音響波を発生させるように構成されており、前記第１の方向が、前記第２の方向とは異なる、請求項７に記載のエアロゾル発生器。
9. 前記第１の櫛形変換器および前記第２の櫛形変換器の各々が、平面表面音響波を発生させるように構成されている、請求項８に記載のエアロゾル発生器。
10. 前記第１の方向が、前記第２の方向に直交する、請求項８または９に記載のエアロゾル発生器。
11. 前記少なくとも１つの変換器が、交互配置された電極のアレイを備える櫛形変換器を備え、前記交互配置された電極の各々が、円形形状を有し、前記交互配置された電極が、前記活性表面上に同心に配置され、前記霧化領域が、同心の交互配置された電極の前記アレイの前記中心に位置付けられ、前記供給要素が、前記基体の前記活性表面内に開口部を備え、前記霧化領域内に位置付けられ、前記開口部が、楕円形状を有する、請求項１に記載のエアロゾル発生器。
12. 前記楕円形開口部が、前記開口部の前記長軸に沿って延在する第１の方向と、前記開口部の前記短軸に沿って延在する第２の方向と、を画定する、請求項１１に記載のエアロゾル発生器。
13. エアロゾル発生装置用のエアロゾル発生器であって、前記エアロゾル発生器が、
    表面音響波アトマイザであって、
    霧化領域を画定する活性表面を含む基体と、
    前記霧化領域に向かって前記活性表面に沿って第１の方向に表面音響波を発生させるための前記基体の前記活性表面上に位置付けられた第１の変換器と、
    前記霧化領域に向かって前記活性表面に沿って第２の方向に表面音響波を発生させるための前記基体の前記活性表面上に位置付けられた第２の変換器であって、前記第１の方向が、前記第２の方向とは異なる、第２の変換器と、を備える、表面音響波アトマイザと、
    液体エアロゾル形成基体を前記霧化領域に供給するように配置された供給要素と、
    第１の駆動信号を前記第１の変換器に、および第２の駆動信号を前記第２の変換器に提供するように構成されたコントローラであって、前記第１の駆動信号が、前記第２の駆動信号とは異なる、コントローラと、を備える、エアロゾル発生器。
14. 前記第１の駆動信号の電力が、前記第２の駆動信号の電力とは異なる、請求項１３に記載のエアロゾル発生器。
15. 前記基体が、前記第１の方向に第１の電気機械的結合係数、および前記第２の方向に第２の電気機械的結合係数を有し、前記第１の電気機械的結合係数が、前記第２の電気機械的結合係数よりも大きく、前記第１の駆動信号の前記電力が、前記第２の駆動信号の前記電力よりも小さい、請求項１４に記載のエアロゾル発生器。
16. 前記第２の電気機械的結合係数に対する前記第１の電気機械的結合係数の比が、前記第１の駆動信号の前記電力に対する前記第２の駆動信号の前記電力の比と同じである、請求項１５に記載のエアロゾル発生器。
17. 前記第１の方向が、前記第２の方向に直交する、請求項１３～１６のいずれか一項に記載のエアロゾル発生器。
18. 前記基体が、結晶性材料を含み、前記活性表面が、前記結晶性材料の格子平面によって画定され、前記第１の方向および前記第２の方向の各々が、前記格子平面の格子ベクトルと整列されている、請求項５、６、１０、１２、または１３に記載のエアロゾル発生器。
19. エアロゾル発生装置用のエアロゾル発生器であって、前記エアロゾル発生器が、
    表面音響波アトマイザであって、
    霧化領域を画定する活性表面を含む基体と、
    前記基体の前記活性表面上に表面音響波を発生させるための前記基体の前記活性表面上に位置付けられた変換器と、を備え、
    前記変換器の少なくとも一部分の下にある前記基体の前記活性表面の一部分が、表面処理を備える、表面音響波アトマイザと、
    液体エアロゾル形成基体を前記霧化領域に供給するように配置された供給要素と、を備える、エアロゾル発生器。
20. 前記表面処理が、プロトン交換処理を含む、請求項１９に記載のエアロゾル発生器。
21. 前記基体が、ニオブ酸リチウムを含み、前記プロトン交換処理が、前記表面処理を含む前記活性表面の前記部分における水素イオンとのリチウムイオンの置換を含む、請求項２０に記載のエアロゾル発生器。
22. エアロゾル発生装置であって、
    請求項１～２１のいずれか一項に記載のエアロゾル発生器と、
    前記少なくとも１つの変換器を制御するためのコントローラと、
    電源と、
    液体エアロゾル形成基体を受容するための液体貯蔵部分であって、前記供給要素が、前記液体貯蔵部分から前記霧化領域に液体エアロゾル形成基体を供給するように配置されている、液体貯蔵部分と、を備える、エアロゾル発生装置。

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